330MW燃煤機組羅茨真空泵改造

劉詩海

摘要：燃煤發(fā)電廠是利用煤作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，它的基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐內(nèi)燃燒時加熱水生成蒸汽，將燃料的化學能轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能，高壓高溫蒸汽推動汽輪機旋轉(zhuǎn)做功，蒸汽參數(shù)迅速降低并排入凝汽器，熱能轉(zhuǎn)換成機械能，然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)換成電能。凝汽器的任務(wù)是在汽輪機排汽口建立并保持高度真空，并將排汽凝結(jié)成水。凝汽器中真空的形成是由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結(jié)水，其比容急劇縮小，此外還需抽氣器把漏入的空氣和排汽中的其它不凝結(jié)氣體及時抽走。因此凝汽器抽真空系統(tǒng)是維持機組正常運行的重要設(shè)備。

2014年國家三部委發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源[2014]2093號）工作部署，2017年中國華能集團公司修訂并發(fā)布了《華能優(yōu)秀節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠標準》，為響應(yīng)國家政策及企業(yè)標準關(guān)于節(jié)能減排要求，在?？陔姀S有關(guān)領(lǐng)導指導下，汽機專業(yè)2017年3月成立QC小組，對#8機凝汽器抽真空系統(tǒng)進行節(jié)能診斷，開展質(zhì)量管理小組活動。

關(guān)鍵詞：330MW汽輪機組; 凝汽器抽真空系統(tǒng);水環(huán)真空泵;羅茨水環(huán)真空泵組

一、選擇課題

?？陔姀S#8機組為330MW燃煤發(fā)電機組，投產(chǎn)于2006年4月，汽輪機為N330-17.75/540/540型單軸、三缸、雙排汽、中間再熱凝汽式汽輪機，凝汽器抽真空系統(tǒng)配置2臺100%容量的水環(huán)式真空泵，為機組啟動時凝汽器建立真空，正常運行時抽出凝汽器中的不凝結(jié)氣體以維持凝汽器真空，一般情況下為一運一備運行方式。

經(jīng)過對#8機抽真空系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計參數(shù)核實及現(xiàn)場運行情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前運行設(shè)備存在以下問題：

（1）#8機運行時水環(huán)真空泵出力選型偏大，造成運行電耗較高。

2017年6月查機組運行時真空嚴密性為48 Pa/min時，電流162A，真空8.6 kPa，預計真空系統(tǒng)泄漏量為4.8 kg/h，而真空泵設(shè)計3.4kPa時抽氣量為52 kg/h，可見真空泵出力設(shè)計值遠大于實際運行需求值。

設(shè)計部門在設(shè)計水環(huán)真空泵選型時，主要考慮快速啟機的響應(yīng)速度（30分鐘內(nèi)能達到啟機要求的真空值）和最大的允許漏氣量作為選型原則，但在機組正常運行的時侯，維持系統(tǒng)真空時有較大余量，建立真空與維持真空混為一談，因此，把建立真空的真空泵用作維持真空的真空泵顯然是浪費能耗的。

（2）水環(huán)式真空泵由于需要工作夜作為介質(zhì)進行抽吸特性決定了它的運行效率較低，一般為30%-35%。

（3）水環(huán)式真空泵性能、出力受制于工作水溫度的變化，其抽氣性能受工作水溫度的影響很大。夏季高溫時，#8機水環(huán)真空泵性能、出力急劇下降，易導致凝汽器真空下降，造成機組經(jīng)濟性降低;同時水泵易發(fā)生汽蝕問題，當泵體入口溫度達到40℃時，水泵噪音突然增大。

為解決以上設(shè)備運行經(jīng)濟及安全問題，小組成員考察同類電廠凝汽器抽真空系統(tǒng)改造最新技術(shù)，確立了“#8機凝汽器抽真空系統(tǒng)加裝一套羅茨真空泵組”課題。

二、設(shè)定目標及目標可行性分析

1、設(shè)定目標

為提高真空泵運行效率，擬在機組正常運行時，采用高效的羅茨真空泵進行抽吸，同時考慮排氣噪音及抽吸配比，需在羅茨真空泵后加裝一級小功率水環(huán)真空泵。

由于運行時系統(tǒng)所需抽吸能力較小，因此選用羅茨真空泵組時配置較小抽吸能力，從而降低了羅茨真空泵組的電機額定功率，達到運行節(jié)能目的。但在機組啟動時，仍要采用原大水環(huán)式真空泵建立機組啟動真空。

2、目標可行性分析

2.1 #8機配置的水環(huán)式真空泵技術(shù)規(guī)范如下

2.2 選擇機組運行時抽汽的羅茨真空泵組技術(shù)規(guī)范如下：

2.3 節(jié)能原理分析

（1）原設(shè)計抽真空設(shè)備主要用作汽輪機啟動初期的快速建立真空，要求在30min內(nèi)達到機組啟動要求，實際正常運行中，無需那么大的需求。因此，在正常運行中，通過以小代大的方式達到節(jié)能目的。額定電機功率由110 kW下降至39.5kW。

（2）常規(guī)水環(huán)泵效率低下（30%），本技術(shù)應(yīng)用的高性能真空泵效率高達70%。因此，使用高效設(shè)備可達到節(jié)能目的。

（3）所抽吸的氣體包括不凝氣體（空氣）及可凝氣體（水蒸汽），而且大部分氣體是水蒸汽，通過把水蒸汽冷凝，達到減少水環(huán)泵壓縮氣體總負荷，從而達到高效節(jié)能的目的。

2.4 夏季高溫季節(jié)安全分析

羅茨真空泵沒有工作液，其抽氣能力不受夏季高溫影響，同時其對抽出的氣體進行壓縮，在出口時，即在下一級小水環(huán)真空泵入口，將壓力提高至羅茨泵吸入口壓力的3倍，即當入口壓力為6.3kPa時在水環(huán)泵出口可提高至18.9kPa，這樣大大提高小水環(huán)式真空泵入口的飽和溫度，防止小水環(huán)式真空泵在夏季高溫時發(fā)生汽蝕。

三、提出方案并確定最佳方案

1、改造方案

本改造方案是：不改變原有真空泵及系統(tǒng)的功能作用，原系統(tǒng)配置2臺真空泵，一臺備用，為一運一備方式。增加一套高效羅茨真空泵組，正常運行方式為：一運二備（原來配置的2臺真空泵全部停作備用）。

機組正常運行時采用高效羅茨真空泵組抽氣維持凝汽器真空，它的抽氣能力不受工作水溫度的制約，同時解決了真空泵汽蝕的問題和高能耗問題。

羅茨真空泵組的海水冷卻水用水量為每小時3.5噸左右，閉式冷卻水約為每小時1噸左右。海水冷卻器采用鈦管等。

2、 抽真空系統(tǒng)改造安全可靠性分析

（1）機組啟動時，按原運行方式將原有抽真空設(shè)備投入運行，用以建立真空;

（2）機組運行正常、真空穩(wěn)定情況下，高效真空泵組投入運行、用以維持真空，原有抽真空設(shè)備停機做備用;

（3）機組真空系統(tǒng)發(fā)生嚴重泄漏，高效真空泵不能維持凝汽器真空時將原有抽真空設(shè)備其中一臺或兩臺投入運行以滿足真空要求;

（4）高效真空泵組在檢修或設(shè)備故障時，原有抽真空設(shè)備投入運行，確保真空要求。

（5）改造后機組正常運行時主要以高效真空泵組維持真空，均為一運二備運行方式，設(shè)備之間有可靠的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。改造后機組真空系統(tǒng)的安全可靠性不會降低！ 安全是絕對有保障的。

四、制定對策

#8機在不改變原抽真空系統(tǒng)的設(shè)備及功能的基礎(chǔ)上，在原機組抽真空母管上并接1臺高效節(jié)能羅茨-水環(huán)真空泵組。系統(tǒng)采用DCS控制和就地控制相結(jié)合，可實現(xiàn)遠程和就地操作。

羅茨-水環(huán)真空泵組采用雙級氣冷羅茨泵及水環(huán)式真空泵，型號 BK2-600C，額定功率29.5kW，轉(zhuǎn)速1450rpm，最大抽氣量2160M3/h，極限壓力400Pa，羅茨泵出口流量與水環(huán)泵出口流量配比3∶1。

五、對策實施

2017年9月開始招標，2017年11月簽訂合同，2018年1月供貨，2018年11月完成改造安裝，投入運行。

六、效果檢查

#8機凝汽器抽真空系統(tǒng)加裝一套羅茨-水環(huán)真空泵組后運行正常，羅茨-水環(huán)真空泵組運行總電流下降至33A，較改造前162 A節(jié)省129A，節(jié)電率約80%。

七、總結(jié)和下一步打算

節(jié)電明顯，待2019年夏季高溫季節(jié)工況考驗，擬推廣至其它機組的凝汽器抽真空系統(tǒng)改造。

參考文獻：

1. 馬汀山等，真空嚴密性與凝汽器漏入空氣流量的定量關(guān)系 熱力發(fā)電，2009年第6期

2. 于國強等，水環(huán)式真空泵的工作原理及影響因素分析? 東北電力技術(shù) 2006年第5期

3. 黃龍林等，羅茨真空泵機組抽氣速率分析? 真空 2002年4月第2期